Функционирование многих клеток печени подчинено циклу день/ночь



В соответствии с циклом день/ночь печень имеет свой собственный ритм обмена веществ. Используя передовые методы протеомики (наука, изучающая белки и их эксперессию), ученые из Федеральной политехнической школы Лозанны (Ecole Polytechnique Federale de Lausanne) и Института медицинских наук Нестле (Nestlé Institute of Health Sciences) выявили более 500 печеночных белков, количество которых в клеточном ядре изменяется на протяжении всего дня, что открывает возможности для измерения скорости метаболизма.

Функционирование многих клеток печени подчинено циклу день-ночь

Суточные ритмы влияют на многие биологические процессы, в том числе и на белки в ядрах клеток печени

Биологические процессы, которые происходят в нашем организме, далеко не статичные, и ритмы большинства из них продиктованы внутренним двадцатичетырехчасовым биологическим метрономом, который называется циркадными часами. В течение каждого цикла день/ночь многие физиологические процессы подвергаются волнообразным колебаниям, которые происходят под управлением этих часов, что позволяет биоритмам адаптироваться к определенному времени суток и предвидеть потребности организма в этот период.

В ходе нового исследования ученые из Федеральной политехнической школы Лозанны использовали ультрасовременные методы протеомики, чтобы контролировать временное накопление более чем 5000 различных белков в ядрах клеток печени мышей, и благодаря этому методу им удалось выявить более 500 печеночных белков, которые подключены к 24-часовому циклу.

Результаты нового исследования были опубликованы в ноябре 2016 года в журнале «Клеточный метаболизм» (Cell Metabolism). И как отмечают эксперты, с точки зрения значимости полученных результатов, эту научную работу можно рассматривать как первое, проводившееся в этой области исследование, которое оказало серьезное влияние на понимание взаимосвязи между ритмами метаболизма и питанием.

Суточные ритмы

Биология зависит от времени

Благодаря тонкой настройке обменных процессов (метаболизма) к времени суток, наш организм придерживается цикла день/ночь или так называемого «суточного» цикла. Именно благодаря этому мы можем спать в течение нескольких часов и не испытывать голода на протяжении всей ночи, но после завтрака едва ли сможем выдержать восемь часов без еды. И по этой же причине нарушение биоритмов может вызывать проблемы с пищеварением. Эти суточные колебания находились в центре внимания исследования, затрагивающего область «хронобиологии», чтобы изучить, как настраиваются во времени биологические функции и как могут возникать болезни, если эти настройки нарушаются.

Регулирование обмена веществ обычно связано с выработкой генами белков. Многие гены следуют нашим циркадным часам, регулируя скорость, с которой они производят белки, и, как отмечают ученые, зная, какие гены делают это, можно лучше понять, как изменяется метаболизм на протяжении всего дня. К сожалению, из-за огромного количества белков, присутствующих в клетке, изучать то, как гены контролируют синтез белков в зависимости от времени, все еще достаточно сложно, несмотря на то, что геном человека был картирован более десяти лет назад.

Суточные циклы влияют на 500 печеночных белков

Профессор Феликс Наиф (Felix Naef) из Федеральной политехнической школы Лозанны и Фредерик Гашон (Frédéric Gachon) из Института медицинских наук Нестле уже сделали рывок в понимании зависимости метаболизма (обмена веществ) от времени суток. Работая только с ядрами клеток печени, ученые идентифицировали 5 000 белков, более 500 из которых подвергаются воздействию суточного цикла, а если говорить более конкретно, то на протяжении всего дня эти белки входят и выходят из ядра. Кроме того, ученым удалось обнаружить, что основные клеточные функции, такие как репарация ДНК, биогенез рибосом, клеточный цикл и регуляция хромосом (полиплоидия) также были затронуты суточным регулированием.

Суточные ритмы влияют на многие биологические процессы, в том числе и на белки в ядрах клеток печени

Чтобы противостоять огромной сложности протеома, исследователи сосредоточились не на всей клетке, а только на клеточном ядре. В ядре гены производят белки, которые затем отправляются в различные точки клетки, и таким образом, ядро, которое ??очень чувствительно к окружающей среде и к биохимическим сигналам, может переводить эти сигналы в молекулярный ответ путем регулирования производства белка.

Ученые использовали биохимические методы, чтобы выделить ядра из клеток печени, которые были взяты у мышей, у которых циркадные часы функционировали, и у мышей с неработающими циркадными часами. Выделив ядра, ученые извлекли из них все белки и проанализировали их с помощью метода масс-спектрометрии.

Ультрасовременная протеомика

Как и геномика для генов, протеомика – это область цифровой биологии, где для создания подробных баз данных и карты полного набора белков организма используются компьютеры. Ученые использовали технику, которая называется Маркировка стабильным изотопом аминокислот в клеточной культуре (Stable isotope labeling with amino acids in cell culture (SILAC), совместно с протеомикой с высокой разрешающей способностью, которая позволяет очень эффективно оценить количественно белков (в данном случае, количество белков в ядре в разных временных точках на протяжении 24-часового цикла). Такой подход позволил ученым получить глобальную картину того, как суточный цикл влияет на накопление белка в ядре печени.

Ультрасовременная протеомика

Профессор Наиф говорит, что хотя многие исследования подходят к изучению физиологических функций с точки зрения статичности, временной подход позволяет получить беспрецедентное понимание того, что цикличность метаболизма напрямую связана со временем дня. По словам исследователя, ученые были удивлены тем, как функционируют ядра клеток печени под влиянием цикла день/ночь и приема пищи.

Фредерик Гашон отмечает, что исследование также показывает, что количественный метод протеомики – это отличный инструмент для систематического анализа клеточных функций, и при использовании обычных методов протеомики это исследование не было бы возможным.

По материалам MedicalXpress


Рейтинг:

Оценка 5 из 5 , проголосовало 1

Комментарии (1)

Антон

Перезвоните мне пожалуйста по номеру 8(953)148-45-77 Антон.

25 июля 2019 14:00


Оставить комментарий